不可逆量子奥托循环的涨落研究

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本文研究了有限时间量子奥托循环的涨落,包括热机循环及其反向运行的制冷循环。对于量子奥托热机,我们关注功率涨落,特别强调功率涨落和热力学效率之间的关系。讨论了量子奥托制冷机的性能系数和制冷率,以及它们的涨落。在数值计算上,这些量子热机的工作物质是实验中最近采用的两能级系统。第一章讨论了有限时间量子奥托循环的不可逆性,并分析了相关的研究背景,为我们的研究提供了完整的理论指导。第二章推导了因等容过程和绝热过程的时间有限,而导致不可逆的量子奥托热机的随机功的一般概率分布函数。在两能级系统下,给出了具有解析可解的完整循环的功涨落、平均功和热力学效率。讨论了由有限时间循环运行而引起的不可逆性对热力学效率、功涨落和相对功率涨落的影响。第三章研究了有限时间过程的量子奥托制冷机。量子奥托制冷机的有限时间要求了绝热过程和等容过程都在有限时间内进行。本章节所考虑的量子奥托制冷机由两个绝热过程(系统不与热库耦合的有限时间绝热过程),和两个等容过程。由于相互作用时间是有限的,系统在吸放热过程的末端也可能达不到热平衡。利用二次投影测量方法,求得了制冷机制冷系数和制冷量随时间变化的概率分布函数。利用这些分布,可以得到了性能参数及其涨落的解析表达式。然后,通过数值方法,确定了在最近的实验中使用二能级系统作为工作物质的制冷机的性能参数和涨落。此结果阐明了有限时间的四个过程对量子奥托制冷机的性能和涨落的影响。第四章总结了本文的主要结论,并提出了一些值得进一步研究的问题。
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